Elektrisches Bauteil und Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauteilen

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil und Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauteilen.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 211 220.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bauelemente, wie zum Beispiel lichtemittierende Dioden (LEDs), können auf Bauteilträger, den sogenannten Leadframes, montiert werden und mit einer Vergussmasse zu einem fertigen elektrischen Bauteil gekapselt werden. Um eine ausreichend hohe mechanische Stabilität des Bauteils sicherzustellen, werden mechanische

Stützstrukturen, wie zum Beispiel Keramiksubstrate oder

vorgeformte Gehäuseteile, eingesetzt. Keramiksubstrate sind jedoch teuer und vorgeformte Gehäuseteile erfordern zusätzliche

Prozessschritte.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein kostengünstiges und einfach herzustellendes Bauteil ohne mechanische Stützstrukturen bereitzustellen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie ein elektrisches Bauteil bereitstellt, aufweisend: einen geschlossenen Leiterrahmen mit einer Durchgangsöffnung; mindestens ein in der

Durchgangsöffnung angeordnetes elektrisches Bauelement, wobei das elektrische Bauelement eine erste Anschlussfläche auf einer ersten Seite des elektronischen Bauelements und eine zweite

Anschlussfläche auf einer zweiten Seite des elektrischen

Bauelements, die der ersten Seite gegenüberliegt, aufweist; wobei die zweite Anschlussfläche mit dem Leiterrahmen elektrisch gekoppelt ist; und eine Verkapselung, welche das elektrische Bauelement mit dem Leiterrahmen mechanisch koppelt.

Das elektrische Bauelement ist in einer Durchgangsöffnung des geschlossenen Leiterrahmens angeordnet. Da der Leiterrahmen geschlossen ist, das heißt, ununterbrochen das elektrische

Bauelement umschließt, weist er eine hohe mechanische Stabilität auf, so dass keine zusätzlichen mechanischen Stützstrukturen erforderlich sind.

In vorteilhafter Weise weist der Leiterrahmen mindestens eine Verankerungsstruktur auf, die derart ausgestaltet ist, dass die Verkapselung mit dem Leiterrahmen verankert ist.

Über die Verankerungsstruktur wird die Verbindung der

Verkapselung mit dem Leiterrahmen verstärkt. Die Verkapselung kann somit zur mechanischen Stabilität des elektrischen

Bauteils beitragen.

In vorteilhafter Weise weist der Leiterrahmen auf einer Seite eine Aussparung auf, die von einem Rand des Leiterrahmens zu der

Durchgangsöffnung führt.

Über die Aussparung, die von einem Rand des Leiterrahmens zu der Durchgangsöffnung führt, können dem elektrischen Bauelement

Verbindungsleitungen zugeführt werden. In vorteilhafter Weise ist das Bauelement ein opto- elektrisches Bauelement, insbesondere ein lichtemittierendes Bauelement, insbesondere eine Leuchtdiode.

In vorteilhafter Weise bildet die Verkapselung eine Linse für das opto-elektrisches Bauelement.

Die Verkapselung ist durchlässig für die von dem opto-elektrischen Bauelement emittierte oder empfangene Strahlung und als Linse ausgeführt, so dass eine gleichmäßige Abstrahlung oder eine

Fokussierung der Strahlung auf das Bauelement erreicht wird.

Weiter stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils bereit, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen einer Trägerfolie; Aufbringen eines geschlossenen Leiterrahmens auf der Trägerfolie, wobei der

Leiterrahmen eine Durchgangsöffnung aufweist; Einbringen von mindestens einem Bauelement in der Durchgangsöffnung des

Leiterrahmens, wobei eine erste Anschlussfläche des Bauelements in Kontakt mit der Trägerfolie gebracht wird; Aufbringen einer

Verkapselung auf das elektrische Bauelement und dem Leiterrahmen; und Entfernen der Trägerfolie.

Der geschlossene Leiterrahmen, in dessen Durchgangsöffnung das Bauelement angeordnet ist, weist eine hohe Stabilität auf, so dass zusätzliche mechanische Stützstrukturen nicht erforderlich sind, Durch das Entfernen der Trägerfolie weist das elektrische Bauteil eine geringere Höhe auf. Die erste Anschlussfläche des Bauelements kann als Lötstelle des Bauteils dienen, so dass kein zusätzlicher Wärmewiderstand durch einen Leiterrahmen unter dem Bauelement vorhanden ist. In vorteilhafter Weise wird eine zweite Anschlussfläche des

Bauelements elektrisch, insbesondere durch Drahtbonden, mit dem Leiterrahmen gekoppelt.

Da die zweite Anschlussfläche mit dem Leiterrahmen elektrisch verbunden ist, kann der Leiterrahmen als Lötstelle für das Bauteil dienen .

Weiter stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauteilen bereit, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen einer Trägerfolie; Aufbringen einer

Leiterrahmenanordnung auf der Trägerfolie, wobei die

Leiterrahmenanordnung eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen aufweist; Einbringen von mindestens einem jeweiligen Bauelement in eine jeweilige Durchgangsöffnung, wobei eine jeweilige erste Anschlussfläche der Bauelemente in Kontakt mit der Trägerfolie gebracht wird; elektrisches Koppeln einer jeweiligen zweiten Anschlussfläche der Bauelemente mit der Leiterrahmenanordnung; Aufbringen von Verkapselungen auf die elektrischen Bauelemente und die Leiterrahmenanordnung, um die jeweiligen Bauelemente

mechanisch an die Leiterrahmenanordnung zu koppeln; Entfernen der Trägerfolie; und Vereinzeln der Bauelemente.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert .

Es zeigen

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Trägerfolie; Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer Trägerfolie mit einem Leiterrahmen ;

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer Trägerfolie mit einem

Leiterrahmen und einem Bauelement;

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer Trägerfolie mit einem

Leiterrahmen, einem Bauelement und einer Verkapselung;

Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines Bauteils; und

Figur 6 ein Ausführungsbeispiel einer Leiterrahmenanordnung.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die

beigefügten Figuren Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben", „unten", „vorne", „hinten", „vorderes", „hinteres", usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figuren verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungei positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und

strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders

angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert .

Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung.

In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist. Der übersichthalber können nicht alle Elemente der Figuren mit eigenen Bezugszeichen versehen sein. Dies gilt insbesondere für Elemente, die identisch zu anderen Elementen sind. Die

Beschreibung und Bezugszeichen können so für alle grafisch gleich dargestellten Elemente in gleicher Weise gelten.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Trägerfolie 1. Gezeigt sind eine Draufsicht und ein Querschnitt entlang den Linien "A-A" . Die Trägerfolie 1 kann zum Beispiel aus Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) oder Polyethylen (PE) bestehen. Sie kann eine Klebefolie sein, auf der zum Beispiel ein Leiterrahmen 2 aufgeklebt ist, siehe Figur 2. Die Trägerfolie 1 kann eine Dicke von 20 bis 100 μπ\, insbesondere 50 μπ\, aufweisen. Die Trägerfolie 1 kann als Basis für den Aufbau eines Bauteils 15 dienen, da alle weiteren Elemente des Bauteils 15 auf ihr direkt oder indirekt angeordnet sind .

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Trägerfolie 1, so wie sie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wurde, mit einem Leiterrahmen 2. Gezeigt ist wieder eine Draufsicht und ein

Querschnitt entlang den Linien "A-A" . Der Leiterrahmen 2 besteht im Allgemeinen aus Metall und kann aus Kupfer bestehen. Das Kupfer kann beschichtet sein, zum Beispiel mit Silber (Ag) , Nickel-Gold (Ni-Au) , Nickel-Silber (Ni-Ag) oder Nickel-Palladium-Gold (Ni-Pd- Au) . Der Leiterrahmen 2 kann eine Dicke von 20 bis 500 μπ\, insbesondere 150 μπ\, aufweisen.

Der Leiterrahmen 2 weist eine Durchgangsöffnung 3 auf, die in der Mitte des Leiterrahmens 2 liegen kann. Mit dem Begriff

„Durchgangsöffnung" ist eine Öffnung gemeint, die den Leiterrahmen 2 von einer Seite zu einer anderen, der Seite gegenüberliegenden Seite, durchquert. Die Durchgangsöffnung 3 muss groß genug sein, dass ein Bauelement 5 darin angeordnet werden kann, siehe Figur 3. Obwohl die Durchgangsöffnung 3 viereckig gezeigt ist, kann sie auch andere Formen aufweisen. Sie kann zum Beispiel ein Quadrat oder Trapez, eine Raute oder ein Polygon, eine Ellipse oder ein Kreis sein. Es können auch mehr als zwei Durchgangsöffnungen 3 vorgesehen werden. Der Leiterrahmen 2 umgibt in der Draufsicht die Durchgangsöffnung 3 von links, von rechts, von oben und von unten. Er bildet so einen geschlossenen Ring um die Durchgangsöffnung 3 herum, wodurch die mechanische Stabilität des Leiterrahmens 2, und später des Bauteils 15, erhöht wird. Die Durchgangsöffnung 3 kann zum Beispiel aus dem Leiterrahmen 2 gestanzt oder geätzt werden.

Der Leiterrahmen 2 kann eine Aussparung 4 aufweisen, die sich von einem Rand 13 des Leiterrahmens 2 zu der Durchgangsöffnung 3 erstreckt. Die Aussparung 4 dient zur Zuführung von mindestens einem elektrischen Verbindungselement von einem Rand 13 des

Leiterrahmens 2 zu einem in der Durchgangsöffnung 3 angeordneten Bauelement 5. Sie muss tief genug sein, zum Beispiel die Hälfte der Dicke des Leiterrahmens 2 betragen, und breit genug sein, damit die elektrischen Verbindungselemente keinen elektrischen Kontakt mit dem Leiterrahmen 2 haben. Die Aussparung 4 kann anstelle von dem rechten Rand 13 auch von dem linken Rand, dem unteren Rand oder dem oberen Rand des in der Draufsicht gezeigten Leiterrahmens 2 ausgehen. Es können auch mehrere Aussparungen 4 vorgesehen werden, zum Beispiel für den Anschluss von mehreren Kontaktflächen des Bauelements 5 oder dem Anschluss von mehreren Bauelementen 5 in der Durchgangsöffnung 3. Die Aussparung 4 kann geätzt werden. Falls die erste Kontaktfläche 6 des Bauteils 5 über eine Durchkontaktierung (engl, via) angeschlossen werden kann, kann auf die Aussparung 4 verzichtet werden. Die Aussparung 4 kann mit der Verkapselung gefüllt werden. Auf diese Weise kann ein Kurzschluss beim Auflöten des Bauteile auf einer Platine

verhindert werden.

Der Leiterrahmen 2 kann eine Verankerungsstruktur 10 aufweisen. Die Verankerungsstruktur 10 dient zum Verankern der Verkapselung 9, siehe zum Beispiel Figur 4, mit dem Leiterrahmen 2. Sie kann so ausgeführt werden, dass die Verkapselung 9 mit zwei, sich

gegenüberliegenden Seiten, zum Beispiel in dem Querschnitt von Figur 2 der oberen und der unteren Seite des Leiterrahmens 2, in Kontakt ist, so dass eine Bewegung nach oben oder unten der

Verkapselung 9 relativ zu dem Leiterrahmen 2 verhindert wird. In der Draufsicht von Figur 2 wird eine Bewegung der Verkapselung 9 nach links oder rechts, beziehungsweise oben oder unten, durch die Durchgangsöffnung 3 verhindert. In der Draufsicht von Figur 2 ist die Verankerungsstruktur 10 nur am linken Rand der

Durchgangsöffnung 3 gezeigt. Sie kann auch am rechten, am oberen oder am unteren Rand, oder einer Kombination der Ränder der

Durchgangsöffnung 3 angeordnet sein. Der Leiterrahmen 2 kann weitere Verankerungsstrukturen 10 aufweisen, die zum Beispiel aus weiteren Durchgangsöffnungen 3 im Leiterrahmen 2 bestehen. Da in den weiteren Durchgangsöffnungen 3 keine Bauelemente 5 aufgenommen werden müssen, können sie kleiner als die gezeigte

Durchgangsöffnung 3 sein.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Trägerfolie 1 mit einem Leiterrahmen 2, so wie sie im Zusammenhang mit Figur 1 und Figur 2 beschrieben wurden, und einem Bauelement 5. Gezeigt sind eine Draufsicht und ein Querschnitt entlang den Linien "A-A" . Das Bauelement 5 kann ein beliebiges elektrisches Bauelement sein. Es kann ein opto-elektrisches Bauelement, insbesondere ein

lichtemittierendes Bauelement, zum Beispiel für einen infraroten (IR) oder einen für Menschen sichtbaren Bereich, sein. Es kann auch ein Detektor für elektromagnetische Strahlen, zum Beispiel im infraroten oder sichtbaren Bereich sein. Das Bauelement 5 kann weitere Bauelemente aufweisen, wie zum Beispiel eine Schaltung zum Schutz gegen elektrostatisches Entladen (ESD) .

Das Bauelement 5 weist eine erste Seite 11 und eine zweite Seite 12 auf. Die erste Seite 11 und die zweite Seite 12 können sich gegenüber liegen. Auf der ersten Seite 11 ist eine erste

Kontaktfläche 6 angeordnet, die die erste Seite 11 ganz bedeckt. Die erste Kontaktfläche 6 kann auch nur einen Teil der ersten Seite 11 bedecken. Es kann auch mehr als eine Kontaktfläche 6 auf der ersten Seite 11 angeordnet sein. Auf der zweiten Seite 12 ist eine zweite Kontaktfläche 7 angeordnet, die nur einen Teil der zweiten Seite 12 bedeckt. Da die zweite Kontaktfläche 7 das

Bauelement 5 nicht ganzflächig bedeckt, kann das Bauelement 5 über eine größere Fläche elektromagnetische Strahlung empfangen oder abgeben. Die zweite Kontaktfläche 7 kann auf der zweiten Seite 12 beliebig angeordnet sein, sie kann auch ganzflächig sein, zum Beispiel falls sie für die elektromagnetische Strahlung

transparent ist. Die erste Kontaktfläche 6 und die zweite

Kontaktfläche 7 dienen zum elektrischen Anschluss des Bauelements 5. Die erste Kontaktfläche 6 kann direkt als Lötstelle des

Bauteils 15 dienen. Die zweite Kontaktfläche 7 ist über einen Bonddraht 8 mit dem Leiterrahmen 2 elektrisch verbunden. Der Leiterrahmen 2 kann so eine weitere Lötstelle des Bauteils 15 bilden . Das Bauelement 5 wird in die Durchgangsöffnung 3 eingeführt. Die erste Kontaktfläche 6 kann im Kontakt mit der Trägerfolie 1 sein. Falls diese eine Klebefolie ist, wird das Bauelement 5 so auf dieser fixiert. Da der Leiterrahmen 2 und die erste Kontaktfläche 6 beide auf der Trägerfolie 1 aufliegen, sind ihre Oberflächen, die in dem Querschnitt unten liegen, in einer Ebene. Da die erste Kontaktfläche 6 und der Leiterrahmen 2 die Anschlusselemente des Bauteils 15 bilden können, lässt sich dieses einfach verlöten.

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Trägerfolie 1, einem Leiterrahmen 2 und einem Bauelement 5, so wie sie im Zusammenhang mit Figur 1, Figur 2 und Figur 3 beschrieben wurden, und einer Verkapselung 9. Gezeigt ist eine Draufsicht und ein Querschnitt entlang den Linien "A-A" . Die Verkapselung 9 kann aus Polymeren, Epoxidmaterial oder Silikon bestehen und eine Vergussmasse sein. Falls das Bauelement 5 ein opto-elektrisches Bauelement ist, ist es von Vorteil, wenn die Verkapselung 9 transparent für die elektromagnetische Strahlung ist, für das das Bauelement 5 ausgelegt ist. Für sichtbares Licht kann die Verkapselung 9 klar sein, für Infrarotdetektoren kann sie schwarz sein.

Die Verkapselung 9 kann in Form einer Linse ausgebildet werden, so dass die vom Bauelement 5 emittierte elektromagnetische Strahlung gleichmäßig oder gebündelt abgestrahlt wird. Falls das Bauelement 5 elektromagnetische Strahlung empfangen soll, kann die

Verkapselung 9 so geformt werden, dass elektromagnetische

Strahlung auf das Bauelement 5 fokussiert wird.

Die Verkapselung 9 kann eine Formmasse sein und kann in die

Durchgangsöffnung 3 und die Verankerungsstruktur 10 fließen, so dass sie fest mit dem Leiterrahmen 2 verankert wird. Sie kann das Bauelement 5 und den Bonddraht 8 abdecken und diese vor Beschädigung schützen. Sie kann sich bis zu den Rändern 13 des Leiterrahmens 2 erstrecken, oder auch nicht .

Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bauteils 15, in einer Draufsicht und als Querschnitt entlang den Linien "A-A" . Das Bauteil 15 ist wie im Zusammenhang mit von Figur 4 beschrieben aufgebaut, wobei im Unterschied zu Figur 4 die Trägerfolie 1 entfernt wurde. Falls die Trägerfolie 1 eine Klebefolie ist oder mit Klebstoff befestigt wurde, kann sie von dem Leiterrahmen 2 abgezogen werden. Das Bauelement 5 und der Leiterrahmen 2 werden durch die Verkapselung 9 zusammengehalten. Da der Leiterrahmen 2 geschlossen ist, das heißt, das Bauelement 5 ringförmig umgibt und keine Unterbrechung aufweist, weist er eine ausreichend große mechanische Stabilität auf. Zusätzliche mechanische

Stützstrukturen sind nicht erforderlich.

Wie der Querschnitt zeigt, sind die erste Kontaktfläche 6 und der Leiterrahmen 2 nach unten freigelegt und können zum Anschluss des Bauteils 15 elektrisch kontaktiert werden. Elektrische Leitungen zu der ersten Kontaktfläche 6 können durch die Aussparung 4 geführt werden, ohne dass sie mit dem elektrisch leitenden

Leiterrahmen 2 kurzgeschlossen werden.

Wärme, die durch das Bauelement 5 entsteht, kann über die erste Kontaktfläche 6 direkt an die entsprechende Lötstelle abgeleitet werden. Der Wärmewiderstand eines Leiterrahmens, auf dem das Bauelement 5 normalerweise angeordnet ist, entfällt. Da das

Bauelement 5 nicht auf einem Leiterrahmen angeordnet ist, sondern in einer Durchgangsöffnung 3 eines Leiterrahmens 2 angeordnet ist, weist das elektrische Bauteil 15 eine geringere Höhe auf. Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Leiterrahmenanordnung 14 in einer Draufsicht. Die in den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Schritte zum Herstellen eines Bauteils 15 können mit Hilfe einer Leiterrahmenanordnung 14 für mehrere Bauteile 15 effizient durchgeführt werden. Anstelle eines einzelnen Leiterrahmens 2 wird eine Leiterrahmenanordnung 14 auf der Trägerfolie 1 angeordnet. Die Leiterrahmenanordnung 14 weist die Form einer Mehrzahl von zusammenhängenden Leiterrahmen 2 mit einer entsprechenden Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 3 auf, die matrixförmig in einer ersten Richtung X und einer zweiten Richtung Y angeordnet sind. Die im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Schritte werden für jede einzelne Durchgangsöffnung 3 durchgeführt. Die Schritte können zum Teil parallel für mehrere Durchgangsöffnungen 3 durchgeführt werden. Die Trägerfolie 1 kann entfernt werden und die Leiterrahmenanordnung 14 kann entlang den Trennlinien 16 entlang der ersten Richtung X und der zweiten Richtung Y, zum Beispiel durch Stanzschritte oder Sägeschritte, in einzelner Bauelemente 15 zerteilt werden.

Bezugszeichenliste

1 Trägerfolie

2 Leiterrahmen

3 Durchgangsöffnung

4 Aussparung

5 Bauelement

6 erste Kontaktfläche

7 zweite Kontaktfläche

8 Bonddraht

9 Verkapselung

10 Verankerungsstruktur

11 erste Seite des Bauelements

12 zweite Seite des Bauelements 13 Rand des Leiterrahmens

14 Leiterrahmenanordnung

15 Bauteil

16 Trennlinie

X erste Richtung

Y zweite Richtung